一种极片组件和可快速浸默电芯

技术领域

本发明属于电芯结构技术领域，具体而言，本发明涉及一种极片组件和可快速浸默电芯。

背景技术

锂离子电池热失控时，有三种解决电池系统起火事故的方案：第一种方案是“电池本质的安全”，但是这一方案无法在短时间内取得技术突破；第二种方案是电池系统起火后定向弹出隔离，不造成人身和周边财产的损失，但是成本较高，并且弹出的必要条件是机械结构在电池的生命周期内不损坏，因此运营维护费用太贵；第三种方案是阻止PACK箱内部电池的电化学反应，无热蔓延发生，给出足够时间进行消防处理。

“浸默”电池安全系统属于第三种方案。所谓浸默是指在电池发生热失控时，通过往电池箱内迅速注射消防介质，让消防介质起到隔绝氧气，降低温度的效果，阻止热失控发生蔓延。该方案要求在短时间内将发生热失控报警的液冷PACK箱完全浸没，通过快速降温以及局部窒息手段，阻断热失控电池的进一步反应，使得电池间以及PACK间不再有热蔓延，实现精准、快速消防，抑制热失控持续恶化，降低失控风险。

在申请号为202121104844.2，申请日为2021年5月19日，发明创造名称为一种防止电芯热失控的顶盖结构及电池的专利申请文件中即提到了一种浸默的方案，在该方案中，顶盖结构上设有流道，流道内填充有阻燃材料，流道在预设温度下向电池系统释放阻燃材料。在该方案中，消防介质可充满电芯外部，但对电芯内部的浸入较为困难，需要时间，而锂电池一旦发生热失控，内部的反应速度呈指数级加速和增加，因此越早控制热失控会大大降低风险。

发明内容

本发明提供了一种极片组件和可快速浸默电芯，能够解决现有技术中控制电池热失控所需时间长的技术问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种极片组件和可快速浸默电芯，其技术方案如下：

一种极片组件，包括极片组件本体和开设于所述极片组件本体上的空槽；所述空槽位于所述极片组件本体的中部，沿所述极片组件本体的极耳所在侧至另一侧延伸，用于为消防介质浸入所述极片组件本体提供路径。

如上所述的极片组件，进一步优选为：所述极片组件本体为叠片式结构，包括叠纺的正极片、负极片和隔膜，所述隔膜位于所述正极片和所述负极片之间；所述正极片包括正极箔材和正极涂覆层，所述负极片包括负极箔材和负极涂覆层；所述空槽包括正极留白区和负极留白区，所述正极留白区位于所述正极涂覆层的中部，所述负极留白区位于所述负极涂覆层的中部。

如上所述的极片组件，进一步优选为：所述正极片上设有两个正极极耳，所述负极片上设有两个负极极耳；所述正极极耳的宽度范围为30mm至50mm，高度大于15mm；所述负极极耳的宽度范围为30mm至50mm，高度大于15mm。

如上所述的极片组件，进一步优选为：所述正极留白区位于两个所述正极极耳之间，所述负极留白区位于两个所述负极极耳之间。

如上所述的极片组件，进一步优选为：沿所述极片组件本体的极耳所在侧至另一侧，所述正极留白区贯通所述正极片，所述负极留白区贯通所述负极片。

如上所述的极片组件，进一步优选为：于所述正极片上，沿一个所述正极极耳至另一个所述正极极耳的方向，所述正极留白区的宽度范围为2mm至5mm；于所述负极片上，沿一个所述负极极耳至另一个所述负极极耳的方向，所述负极留白区的宽度范围为2mm至5mm；

如上所述的极片组件，进一步优选为：所述正极留白区的宽度与所述负极留白区的宽度一致，且宽度方向的两侧呈对齐设置。

一种可快速浸默电芯，包括外壳和所述极片组件，所述极片组件安装在所述外壳内；所述外壳包括相连的壳体和顶盖，所述顶盖上设有注入口，所述注入口用于为消防介质的注入提供位置，所述注入口上设置有防爆片。

如上所述的可快速浸默电芯，进一步优选为：所述注入口位于所述空槽的上方，所述防爆片覆盖于所述注入口处；沿垂直于所述顶盖的方向投影，所述注入口投影轮廓的对称线与所述空槽投影轮廓的对称线重合。

如上所述的可快速浸默电芯，进一步优选为：还包括止动件，所述止动件位于所述注入口与所述极片组件之间；所述止动件的顶部设有承接口，所述承接口与所述注入口相对应，用于供消防介质进入所述止动件；所述止动件的底部设有喷淋孔，所述喷淋孔为多个，多个所述喷淋孔与所述空槽相对应，用于向所述空槽内喷淋消防介质。

如上所述的可快速浸默电芯，进一步优选为：所述喷淋孔为圆孔、方孔、菱形孔的任一种或其组合。

如上所述的可快速浸默电芯，进一步优选为：多个所述喷淋孔呈矩形阵列分布，且行数与正极留白区和负极留白区的总和相等；每行所述喷淋孔均对应一个所述正极留白区或一个所述负极留白区。

如上所述的可快速浸默电芯，进一步优选为：所述止动件的长度大于所述注入口的长度；所述止动件的宽度小于所述注入口的宽度。

如上所述的可快速浸默电芯，进一步优选为：所述止动件包括相连的顶壁、前壁、后壁和底壁；所述承接口位于所述顶壁上，所述喷淋孔位于所述底壁上。

如上所述的可快速浸默电芯，进一步优选为：所述止动件一体成型，壁厚范围为2mm至3mm。

如上所述的可快速浸默电芯，进一步优选为：所述止动件为PP+EPDM材质。

如上所述的可快速浸默电芯，进一步优选为：所述防爆片焊接连接于所述顶盖的顶部；所述防爆片的厚度范围为0.2mm至0.4mm。

如上所述的可快速浸默电芯，进一步优选为：所述顶盖为铝合金材质，所述防爆片为铝片。

分析可知，与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于：

在本发明的极片组件中，极片组件本体上开设有空槽，消防介质能够通过空槽迅速流至每块极片上，对每块极片起到隔绝氧气和降温的效果，从而能够从极片层级解决热失控问题，缩短热失控时的控制时间，降低电芯热失控的风险。另外，还可以使电解液在注射时更容易浸润至极片组件本体各处，提升电解液浸润效果，降低化成时间；并且，当极片组件本体的极片发生膨胀时，空槽还可以起到吸收膨胀的作用。

在本发明的可快速浸默电芯中，消防介质可由注入口迅速注入到外壳内，并由极片组件本体的外侧以及空槽处浸默极片组件本体，从极片层级解决热失控问题，缩短热失控时的控制时间，降低电芯热失控的风险。

附图说明

图1为本发明的正极片的结构示意图；

图2为本发明的正极片的正视图；

图3为本发明的负极片的正视图；

图4为本发明的正极片、负极片和隔膜的连接示意图；

图5为本发明的可快速浸默电芯的结构示意图；

图6为本发明的注入口的示意图；

图7为本发明的顶盖与止动件的连接示意图；

图8为本发明的止动件的安装示意图；

图9为本发明的止动件的结构示意图；

图10为本发明的止动件与极片组件的配合示意图。

图中：1-正极片；2-正极涂覆层；3-正极留白区；4-正极极耳；5-负极片；6-负极涂覆层；7-负极留白区；8-负极极耳；9-隔膜；10-空槽；11-顶盖；12-防爆片；13-壳体；14-注入口；15-止动件；16-喷淋孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参考图1至图10，其中，图1为本发明的正极片的结构示意图；图2为本发明的正极片的正视图；图3为本发明的负极片的正视图；图4为本发明的正极片、负极片和隔膜的连接示意图；图5为本发明的可快速浸默电芯的结构示意图；图6为本发明的注入口的示意图；图7为本发明的顶盖与止动件的连接示意图；图8为本发明的止动件的安装示意图；图9为本发明的止动件的结构示意图；图10为本发明的止动件与极片组件的配合示意图。

如图1至图4所示，在本发明的一个实施例中，提供了一种极片组件，包括极片组件本体和开设于极片组件本体上的空槽10。其中，空槽10位于极片组件本体的中部，沿极片组件本体的极耳所在侧至另一侧延伸，能够为消防介质浸入极片组件本体提供路径。

在本实施例中，极片组件本体上开设有空槽10，当极片组件热发生热失控时，消防介质能够通过空槽10迅速流至每块极片上，对每块极片起到隔绝氧气和降温的效果，从而能够从极片层级解决热失控问题，缩短热失控时的控制时间，降低电芯热失控的风险。另外，极片组件本体上开设空槽10的设计，还可以使电解液在注射时更容易浸润至极片组件本体各处，提升电解液浸润效果，降低化成时间；并且，当极片组件本体的极片发生膨胀时，空槽10还可以起到吸收膨胀的作用。

如图1至图4所示，在本发明的一个实施例中，极片组件本体为叠片式结构，极片组件本体包括叠放的正极片1、负极片5和隔膜9，其中，隔膜9位于正极片1和负极片5之间，将相邻的正极片1与负极片5隔开。具体的，正极片1包括正极箔材和正极涂覆层2，负极片5包括负极箔材和负极涂覆层6；空槽10包括正极留白区3和负极留白区7。正极留白区3位于正极涂覆层2的中部，也即在正极箔材的中部不设正极涂覆层2处为正极留白区3，正极留白区3在正极片1上形成槽，将正极涂覆层2分为左右相等的两部分，在极片组件叠放完成时，正极留白区3处形成空隙，能够为消防介质浸入正极片1提供路径；负极留白区7位于负极涂覆层6的中部，也即在负极箔材的中部不设负极涂覆层6处为负极留白区7，负极留白区7在负极片5上形成槽，将负极涂覆层6分为左右相等的两部分，在极片组件叠放完成时，负极留白区7处形成空隙，能够为消防介质浸入负极片5提供路径。

如图1至图3所示，在本发明的一个实施例中，正极片1上设有两个正极极耳4，负极片5上设有两个负极极耳8，每块极片上双极耳的设计形式能够确保极片组件本体在使用时的连接可靠性。正极留白区3位于两个正极极耳4之间，负极留白区7位于两个负极极耳8之间，在热失控时，能够从每块极片的中部浸入极片。作为优选方案，沿极片组件本体的极耳所在侧至另一侧，正极留白区3贯通正极片1，负极留白区7贯通负极片5，不仅能够减小消防介质的浸入阻力，还能够使消防介质由极片组件本体的两侧浸入极片组件本体内，从而缩短浸入时间。

进一步的，在本实施例中，正极极耳4的宽度(m

如图4所示，在本发明的一个实施例中，正极留白区3的宽度与负极留白区7的宽度一致，且宽度方向的两侧呈对齐设置。也即沿垂直于正极箔材的方向投影，所有正极留白区3和负极留白区7的投影重合，因此，消防介质浸入极片组件本体时阻力得以减小，浸入时间得以缩短。

进一步的，在本实施例中，于正极片1上，沿一个正极极耳4至另一个正极极耳4的方向，正极留白区3的宽度(L

基于上述极片组件，本发明还提供了一种可快速浸默电芯，由于可快速浸默电芯包括极片组件，因而可快速浸默电芯具有上述各实施例中极片组件的全部优点。

如图5和图6所示，在本发明的一个实施例中，可快速浸默电芯包括外壳和安装在外壳内的极片组件。其中，外壳包括相连的壳体13和顶盖11，顶盖11上设有注入口14，注入口14上覆盖有防爆片12。

在本实施例中，可快速浸默电芯正常使用时防爆片12设置在注入口14处。当极片组件热失控时，外壳内部产生的压力能够促使防爆片12脱离顶盖11(防爆片12可以是完全脱离顶盖11，也可以是有一部分与顶盖11相连，但露出注入口14)，进而露出能够为消防介质的注入提供位置的注入口14。消防介质可由注入口14迅速注入到外壳内，并由极片组件本体的外侧以及空槽10处浸默极片组件本体，从极片层级解决热失控问题，缩短热失控时的控制时间，降低电芯热失控的风险。

如图10所示，在本发明的一个实施例中，注入口14位于空槽10的上方，防爆片12覆盖于注入口14处。沿垂直于顶盖的方向投影，注入口14的投影轮廓的对称线与空槽10的投影轮廓的对称线重合，也就是说注入口14位于空槽10的正上方，进而由注入口14注射消防介质时，一部分消防介质可直接进入到空槽10内，从而缩短浸默时间。

如图7至图9所示，在本发明的一个实施例中，还包括止动件15，止动件15位于注入口14与极片组件之间。具体的，止动件15的顶部设有承接口，承接口与注入口14相对应；止动件15的底部设有喷淋孔16，喷淋孔16为多个，多个喷淋孔16与空槽10相对应。在本实施例中，消防介质由注入口14注入后一部分进入承接口，并经由承接口进入止动件15，消防介质在止动件15的喷淋孔16处能够呈喷淋状向空槽10内喷淋消防介质，从而使消防介质快速浸入极片组件本体内部空间。

进一步的，如图10所示，在本实施例中，多个喷淋孔16呈矩形阵列分布，矩形阵列的每一行、每一列均有多个喷淋孔16。并且，矩形阵列的行数与正极留白区3和负极留白区7的总和相等，每行喷淋孔16均对应一个正极留白区3或一个负极留白区7，因而能够直接向正极留白区3和负极留白区7喷淋消防介质。

更进一步的，在本实施例中，喷淋孔16可以有多种设计形式，例如可以为圆孔，也可以为方孔，还可以为菱形孔，更可以为圆孔、方孔、菱形孔的任意组合。

如图9所示，在本发明的一个实施例中，止动件15包括相连的顶壁、前壁、后壁和底壁。承接口位于顶壁上，喷淋孔16位于底壁上。止动件15的长度大于注入口14的长度，因而可以保证每个正极留白区3和负极留白区7均得以同时被喷淋。止动件15的宽度小于注入口14的宽度，因而由注入口14注入的消防介质的一部分能够从止动件15的两侧流入到外壳内，对极片组件本体的外部同步浸默。

进一步的，在本实施例中，止动件15为PP+EPDM材质，质地软，不易损伤极片组件本体；并且，止动件15一体成型，能够减少零部件数量，提高结构的可靠性。作为一种可实施方案，止动件15的壁厚范围为2mm至3mm，例如可以是2mm、2.1mm、2.2mm、2.3mm、2.4mm、2.5mm、2.6mm、2.7mm、2.8mm、2.9mm、3mm，也可以是上述任意两个相邻端点值的任意中间值。

如图5所示，在本发明的一个实施例中，防爆片12焊接连接于顶盖11的顶部，既能够确保正常使用时密封的可靠性，又能够确保在极片组件热失控时可靠的脱离顶盖11。作为一种可实施方案，在本实施例中，顶盖11为铝合金材质，防爆片12为铝片，防爆片12本身的结构强度即小于顶盖11的结构强度，能够确保热失控时及时露出注入口14。防爆片12的厚度范围为0.2mm至0.4mm，例如可以为0.2mm、0.25mm、0.3mm、0.35mm、0.4mm，也可以为上述任意两个相邻端点值的任意中间值。

如图1至图10所示，下面对本发明的工作过程做详细说明：

极片组件、止动件15封装于外壳内，外壳由壳体13与顶盖11实现密封，顶盖11的注入口14处焊接连接有防爆片12。极片组件本体热失控时，外壳内部的压力增大，能够冲击防爆片12，防爆片12由顶盖11脱离，其一能够起到降压作用，其二露出的注入口14能够为消防介质的注入提供注入位置。

由人工或机械从注入口14注入消防介质，消防介质一部分经由止动件15的喷淋孔16喷淋进每个正极留白区3和每个负极留白区7，另一部分经由止动件15的两侧浸入外壳内，从而能够实现消防介质对极片组件本体的迅速浸默，从极片层级加快浸默速度，解决热失控问题。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。